强酸性离子交换树脂负载Fe3+催化合成乙酸苄酯研究

论文摘要

乙酸酯类产品作为一类基本的有机化工原料,广泛应用于各行业。目前国内生产的乙酸酯类产品,如乙酸乙酯、乙酸苄酯、邻苯二甲酸二辛酯等,基本上都采用相应的酸（或酸酐）与相应的醇为原料,以浓硫酸为催化剂催化的传统酯化工艺。浓硫酸对酯化反应的催化活性较高,但存在反应中副产物多、产物后处理工艺复杂、设备腐蚀严重及污水排放量大等缺点。为了克服传统酯化工艺中浓硫酸作催化剂存在的缺点,近年来,国内外学者对新型酯化反应催化剂的制备、催化机理和应用进行了大量的研究和探讨工作,并取得了大量的研究成果。但由于性能和成本方面的原因,这些新型的酯化反应催化剂替代浓硫酸真正应用于工业生产中并不多。研究开发能应用于大规模生产,能替代浓硫酸,催化活性和选择性高、腐蚀小、易分离、能重复利用的新型酯化反应催化剂,对我国酯化行业的技术进步具有重要意义。本文用商品化的强酸性离子交换树脂,通过负载金属离子改性,提高树脂对酯化反应的催化性能。以合成乙酸苄酯反应体系为主要考察体系,乙酸的转化率为考察指标,研究了强酸性离子交换树脂种类、负载金属离子种类、金属离子浓度、负载时间、负载温度及烘干温度等因素对催化剂活性的影响。实验研究结果表明,负载Ni2+和Al3+后,树脂对合成乙酸苄酯的催化性能下降;负载Fe3+后,树脂对合成乙酸苄酯的催化性能有所提高;确定了负载Fe3+作为酯化反应催化剂。树脂对Fe3+吸附可用Langmuir等温吸附方程描述;吸附Fe3+量在0.2222～1.006mmol/g（干树酯）的负载型强酸性离子交换树脂对乙酸苄酯的催化性能都有所提高。在实验研究条件范围,树脂负载Fe3+的最佳条件为:Fe3+起始浓度为32.55mmol/L,负载时间为3.0分钟,负载温度为35.0℃,负载后烘干温度为50.0℃,吸附量为0.3671mmol/g（干树酯）。在间歇釜式反应器中,研究了D072型强酸性离子交换树脂负载Fe3+作催化剂合成乙酸苄酯的反应动力学。在消除内外扩散的条件下,反应体系按拟均相处理,在催化剂用量为0.03333～0.1667g/g（乙酸）,温度为50.0℃～90.0℃实验研究范围,获得的动力学模型为:-rA=xnk0e-Ea/RT（CACB-CECW/K）=x0.7992×2.081×106×e-55159.25/RT（CACB-CECW/4.31）在实验条件范围对获得的动力学方程进行了验证,计算值与实验值符合较好。以制备的负载型树脂作催化剂,研究了以乙酸和苯甲醇为原料制备乙酸苄酯的工艺条件。通过正交试验,考查了酸醇摩尔比、反应温度、催化剂用量对合成乙酸苄酯过程的影响。获得的最佳反应条件为:n乙酸:n苯甲醇=1:1,反应温度为100℃,反应时间为150min,乙酸的转化率为69.30%。在相同的反应条件下,与原树脂相比,乙酸的转化率提高了16.66%。催化剂可重复使用性能较好。提纯后产品经红外光谱分析,红外光谱表明产品的结构与标准品乙酸苄酯相符。用红外光谱对负载后的树脂催化剂进行了初步表征,结果显示树脂中的功能基团吸收加强。以制备的负载Fe3+树脂作催化剂,还研究了对乙酸乙酯和邻苯二甲酸二辛酯酯化反应的催化性能,初步结果表明,树脂负载Fe3+后,其催化性能并没得到明显提高,其原因有待进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 乙酸苄酯合成工艺研究进展
• 1.1.1 乙酸苄酯的性质及用途
• 1.1.2 乙酸苄酯的主要合成工艺
• 1.1.3 酯化合成乙酸苄酯常用的催化剂
• 1.1.4 乙酸苄酯的精制
• 1.1.5 乙酸苄酯的市场前景
• 1.2 本实验研究的目的意义及内容
• 1.2.1 研究的目的意义
• 1.2.2 研究的内容
• 第二章 负载型强酸性离子交换树脂催化剂的制备
• 2.1 制备催化剂的组分选择
• 2.1.1 实验药品与试剂
• 2.1.2 仪器设备
• 2.1.3 实验方法与步骤
• 2.1.4 结果与讨论
• 3+的吸附过程研究'>2.2 树脂对Fe³⁺的吸附过程研究
• 2.2.1 实验材料与仪器
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 结果与讨论
• 3+强酸性离子交换树脂的制备研究'>2.3 负载Fe³⁺强酸性离子交换树脂的制备研究
• 2.3.1 实验材料与仪器
• 2.3.2 实验步骤
• 2.3.3 结果与讨论
• 3+的强酸性离子交换树脂催化合成乙酸苄酯动力学研究'>2.4 负载Fe³⁺的强酸性离子交换树脂催化合成乙酸苄酯动力学研究
• 2.4.1 实验材料与仪器
• 2.4.2 实验方法及步骤
• 2.4.3 结果与讨论
• 2.5 小结
• 3+强酸性离子交换树脂催化合成乙酸苄酯工艺条件研究'>第三章 负载Fe³⁺强酸性离子交换树脂催化合成乙酸苄酯工艺条件研究
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验步骤
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 单因素实验
• 3.4.2 制备乙酸苄酯正交试验条件安排及结果分析
• 3.4.3 乙酸苄酯合成过程强化实验
• 3.5 产物的分离提纯
• 3.6 产物的分析
• 3.6.1 产物的红外光谱图
• 3.6.2 反应体系产物及产物含量的气相色谱图
• 3.7 小结
• 3+强酸性离子交换树脂用于催化其它酯合成初步研究'>第四章 负载Fe³⁺强酸性离子交换树脂用于催化其它酯合成初步研究
• 3+强酸性离子交换树脂制备邻苯二甲酸二辛酯'>4.1 负载Fe³⁺强酸性离子交换树脂制备邻苯二甲酸二辛酯
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 实验药品
• 4.1.3 实验装置
• 4.1.4 实验步骤
• 4.1.5 分析方法
• 4.1.6 结果与讨论
• 3+强酸性离子交换树脂制备乙酸乙酯'>4.2 负载Fe³⁺强酸性离子交换树脂制备乙酸乙酯
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 实验药品
• 4.2.3 实验装置
• 4.2.4 实验步骤
• 4.2.5 分析方法
• 4.2.6 结果与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 实验结论
• 5.2 技术展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文